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JP6007508B2 - Sound generator using Karman vortex - Google Patents

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JP6007508B2 JP2012033998A JP2012033998A JP6007508B2 JP 6007508 B2 JP6007508 B2 JP 6007508B2 JP 2012033998 A JP2012033998 A JP 2012033998A JP 2012033998 A JP2012033998 A JP 2012033998A JP 6007508 B2 JP6007508 B2 JP 6007508B2
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Description

本発明は、カルマン渦を利用した音響発生装置に関する。   The present invention relates to a sound generator using Karman vortices.

水中に向けて音波を発生させることが必要になることがある。このような場合には、外部圧力とスピーカ内部圧力とを考慮して形成された水中動作可能なスピーカが用いられてきた。   It may be necessary to generate sound waves towards the water. In such a case, a speaker capable of underwater operation formed in consideration of an external pressure and a speaker internal pressure has been used.

例えば、特許文献1においては、外周面の一部としてマグネチック型スピーカの振動板が液密に取付けられ且つマグネチック型スピーカの駆動部が液密に収納された筐体と、振動板の筐体内部空間と気密に連通され且つ外部圧力によって内部容積が可変なチャンバーとを備えた音波発信器が開示されている。   For example, in Patent Document 1, as a part of the outer peripheral surface, a diaphragm of a magnetic speaker is attached in a liquid-tight manner and a drive unit of the magnetic speaker is stored in a liquid-tight manner, and a casing of the diaphragm. An acoustic wave transmitter is disclosed that includes a chamber that is in airtight communication with an internal body space and whose internal volume is variable by external pressure.

特開2010−57040号公報JP 2010-57040 A

しかしながら、特許文献1にかかる音波発信器においては、スピーカを鳴動させるためには、駆動回路や電源が必要になる問題があった。   However, the sound wave transmitter according to Patent Document 1 has a problem that a drive circuit and a power source are required to make the speaker ring.

そこで、本発明の主目的は、駆動回路や電源を必要としないカルマン渦を用いた音響発生装置を提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide an acoustic generator using Karman vortices that does not require a drive circuit or a power source.

上記課題を解決するため、曳航体に曳航されて音波を放射する音響発生装置は、カルマン渦を発生する渦発生部と、カルマン渦による振動に共振して、音波を放射する共振部と、渦発生部を曳航体に固着する連結部と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, an acoustic generator that is towed by a towed body and emits sound waves includes a vortex generator that generates Karman vortices, a resonance unit that emits sound waves in resonance with vibrations caused by Karman vortices, And a connecting portion for fixing the generating portion to the towing body.

曳航された際に発生するカルマン渦を振動源とするので、駆動回路や電源を用いることなく音波を水中に放射できるようになる。   Since the Karman vortex generated when towing is used as a vibration source, sound waves can be radiated into the water without using a drive circuit or a power source.

本発明の第1の実施形態にかかる曳航体に連結された音響発生装置の上面図である。It is a top view of the sound generator connected with the towing body concerning a 1st embodiment of the present invention. 音響発生装置の側面図であるIt is a side view of a sound generator カルマン渦を模式的に示した音響発生装置の上面図である。It is a top view of the sound generator which showed Karman vortex typically. 本発明の第2の実施形態にかかる共振部の斜視図である。It is a perspective view of the resonance part concerning the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態にかかる他の構成の共振部の斜視図である。It is a perspective view of the resonance part of other composition concerning a 2nd embodiment.

<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態を、図を参照して説明する。図1は水上を走行する船舶等の曳航体3に連結された本実施形態にかかる音響発生装置2の上面図であり、図2は側面図である。この音響発生装置2は、渦発生部11、共振部12、曳航体3と連結するための連結部13を備える。そして、曳航体3が音響発生装置2を曳航することにより、渦発生部11の後方向にカルマン渦が発生する。このカルマン渦により共振部12が共振して、音波が水中に放射される。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view of a sound generator 2 according to the present embodiment connected to a towing body 3 such as a ship traveling on water, and FIG. 2 is a side view. The sound generating device 2 includes a vortex generating unit 11, a resonance unit 12, and a connecting unit 13 for connecting to the towing body 3. Then, when the towed body 3 tows the sound generator 2, a Karman vortex is generated in the backward direction of the vortex generator 11. The Karman vortex resonates the resonating part 12 and radiates sound waves into the water.

なお、本明細書においては、曳航体3の進行方向Dを前方向、進行方向と反対の方向を後方向と記載する。また、渦発生部11から見た水の速度を相対流速と記載する。以下、詳細に説明する。   In the present specification, the traveling direction D of the towed body 3 is referred to as a forward direction, and the direction opposite to the traveling direction is referred to as a backward direction. Moreover, the speed of water viewed from the vortex generator 11 is described as a relative flow velocity. Details will be described below.

連結部13は、渦発生部11と曳航体3とを連結する。このとき、渦発生部11が進行方向に対して垂直方向に動くことができると、カルマン渦は発生し難くなる。そこで、連結部13は曳航体3に対する渦発生部11の相対位置が変化しないように、固着状態で渦発生部11と曳航体3とを連結する。即ち、渦発生部11は曳航体3と一体に動く。   The connecting part 13 connects the vortex generating part 11 and the towing body 3. At this time, if the vortex generator 11 can move in a direction perpendicular to the traveling direction, the Karman vortex is hardly generated. Therefore, the connecting portion 13 connects the vortex generating portion 11 and the towing body 3 in a fixed state so that the relative position of the vortex generating portion 11 with respect to the towing body 3 does not change. That is, the vortex generator 11 moves integrally with the towing body 3.

渦発生部11は、中空円柱体又は中空楕円柱体である。中空に形成する理由は、渦発生部11の大部分が水中に没するが完全に水没しないようにするためである。また、円柱体又は楕円体に形成する理由は、例えば角柱体等の場合には、角部において乱流が起し易く、この乱流によりカルマン渦の発生が抑制されるためである。即ち、効率良くカルマン渦の発生させるために円柱体又は楕円体に形成している。そして、渦発生部11を楕円体により形成した場合には、その長軸又は短軸が、渦発生部11と曳航体3とを結ぶ連結線に一致させる。このことは、渦発生部11は、進行方向に対して対称形状を持つように設置されることを意味している。   The vortex generator 11 is a hollow cylindrical body or a hollow elliptic cylinder. The reason for forming it hollow is to prevent most of the vortex generator 11 from being submerged in water, but not completely submerged. The reason why the cylindrical body or the ellipsoid body is formed is that, for example, in the case of a prismatic body or the like, turbulent flow is likely to occur at the corners, and generation of Karman vortices is suppressed by this turbulent flow. That is, in order to generate Karman vortices efficiently, it is formed in a cylindrical body or an ellipsoid. When the vortex generator 11 is formed of an ellipsoid, the major axis or the minor axis thereof is made to coincide with the connecting line connecting the vortex generator 11 and the towing body 3. This means that the vortex generator 11 is installed so as to have a symmetrical shape with respect to the traveling direction.

また、渦発生部11が非対称形状の場合には、進行方向に直交する力が共振部12を挟んで非対称になり、渦発生部11と連結部13との連結領域に捻れが発生して、当該渦発生部11と連結部13との連結領域が損傷を受けることを抑制するためである。   In addition, when the vortex generator 11 is asymmetrical, the force orthogonal to the traveling direction becomes asymmetric across the resonance portion 12, and the connection region between the vortex generator 11 and the connecting portion 13 is twisted, This is to prevent the connection region between the vortex generator 11 and the connection part 13 from being damaged.

渦発生部11の大きさ(例えば、円柱体の場合には直径)、水の密度、相対流速等によりレイノルズ数は変化する。そして、レイノルズ数が約50以上の場合には、カルマン渦が発生する。なお、レイノルズ数が約50以下のときは双子渦が発生し、約1500を超えると乱流が発生する。また、相対流速は概ね曳航体3の速度と見なせる。   The Reynolds number varies depending on the size of the vortex generator 11 (for example, the diameter in the case of a cylindrical body), the density of water, the relative flow velocity, and the like. When the Reynolds number is about 50 or more, Karman vortices are generated. Note that twin vortices are generated when the Reynolds number is about 50 or less, and turbulence is generated when the Reynolds number exceeds about 1500. Further, the relative flow velocity can be generally regarded as the speed of the towing body 3.

そこで、曳航体3の標準的な速度を設定し、この速度を相対流速としてレイノルズ数が約50以上になるように、渦発生部11の大きさを決定する。なお、風や潮流により相対速度が変化した場合には、曳航体3の速度を調整することにより、カルマン渦を定常的に発生させる。   Therefore, a standard speed of the towed body 3 is set, and the size of the vortex generator 11 is determined so that the Reynolds number is about 50 or more with this speed as a relative flow velocity. Note that when the relative speed changes due to wind or tidal current, the Karman vortex is constantly generated by adjusting the speed of the towed body 3.

共振部12は、板状部材により形成されて、渦発生部11と連結して設けられている。このとき共振部12は渦発生部11に対して相対位置が変化する構成であっても良い。即ち、渦発生部11と共振部12とはリンク構造で連結されていてもよい。   The resonating part 12 is formed by a plate-like member and is connected to the vortex generating part 11. At this time, the resonating unit 12 may have a configuration in which the relative position changes with respect to the vortex generator 11. That is, the vortex generating part 11 and the resonating part 12 may be connected by a link structure.

このような共振部12は、水中に発生したカルマン渦から受ける力により振動する。図3は、カルマン渦14を模式的に示した音響発生装置2の上面図である。カルマン渦14は、渦発生部11の後方向に、進行方向に沿って(渦発生部11の航跡に沿って)発生し、かつ、交互に発生する。そして、カルマン渦14により共振部12は振動する。共振部12は、カルマン渦14の振動に共振して、水中に音波が放射される。   Such a resonating portion 12 vibrates due to a force received from a Karman vortex generated in water. FIG. 3 is a top view of the sound generator 2 schematically showing the Karman vortex 14. The Karman vortex 14 is generated in the rearward direction of the vortex generator 11 along the traveling direction (along the wake of the vortex generator 11) and alternately. And the resonance part 12 vibrates by the Karman vortex 14. The resonating unit 12 resonates with the vibration of the Karman vortex 14 and radiates sound waves into the water.

放射される音波が大きな音圧を持つならば、深い推進まで音波が届く。このように推進の深いところまで音波を到達させたい場合には、共振部12の重さが重いことが必要である。このような観点から、本実施形態における共振部12は鉄やステンレス等の金属により形成している。しかし、金属は水より重いため、そのままでは沈んでしまうことがある。このような場合には、フロート等を装着する。   If the radiated sound wave has a large sound pressure, the sound wave reaches deep propulsion. In this way, when it is desired to make the sound wave reach a deeply propelled place, the weight of the resonating unit 12 needs to be heavy. From such a viewpoint, the resonating part 12 in the present embodiment is formed of a metal such as iron or stainless steel. However, because metal is heavier than water, it may sink. In such a case, a float or the like is attached.

以上説明したように、曳航体により音響発生装置を曳航すると共振部が共振を起して、音波を水中に放射するので、駆動回路等を用いることなく簡単な構成で水中に音波を放射させることが可能になる。   As described above, when the sound generator is towed by the towed body, the resonance unit resonates and radiates sound waves into the water, so that the sound waves can be radiated into the water with a simple configuration without using a drive circuit or the like. Is possible.

なお、上記説明では、渦発生部や共振部はそれぞれ1個設けた場合を示しているが、これらを複数設けて直列又は並列に配置しても良い。このように複数の渦発生部や共振部を設けることにより、音圧を高くすることが可能になる。
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。なお、第1の実施形態と同一構成に関しては同一符号を用いて説明を適宜省略する。
In addition, in the said description, although the case where one vortex generation | occurrence | production part and one resonance part were each provided is shown, you may provide these two and arrange in series or parallel. By providing a plurality of vortex generators and resonating parts in this way, the sound pressure can be increased.
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the same structure as 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted suitably using the same code | symbol.

第1の実施形態においては、共振部12は板状部材であった。これに対して本実施形態は中空の矩形体にした。このとき、共振部12の端面で大きな抵抗が発生すると、この抵抗により水流が乱されて、カルマン渦が発生しにくくなる場合がある。そこで、本実施形態にかかる共振部12の端面は、流線型に形成している。   In the first embodiment, the resonance unit 12 is a plate-like member. In contrast, in the present embodiment, a hollow rectangular body is used. At this time, if a large resistance is generated at the end face of the resonating unit 12, the water flow is disturbed by the resistance, and the Karman vortex may not be easily generated. Therefore, the end face of the resonating unit 12 according to the present embodiment is formed in a streamline shape.

共振部12を中空の矩形体にすることにより、その中空空間が共鳴箱の作用をなすため、大きな音圧の音波を放射することが可能になる。   By making the resonance part 12 into a hollow rectangular body, since the hollow space functions as a resonance box, it is possible to radiate a sound wave having a large sound pressure.

このとき、例えば、図4に示すように、共振部12の内部空間Sに、水W等を貯留し、かつ、その水位を変えることができるようにするならば、共振周波数を変えることができる。即ち、所望の周波数の音波を放射することができる。   At this time, for example, as shown in FIG. 4, if water W or the like is stored in the internal space S of the resonance unit 12 and the water level can be changed, the resonance frequency can be changed. . That is, a sound wave having a desired frequency can be emitted.

また、図5に示すように、この内部空間を複数の空間に区画板により区画して、それぞれの空間に貯留した水の水位を変えても良い。この場合は、各区画空間で共振が起きるため、複数の周波数の音波を放射することが可能になる。   Further, as shown in FIG. 5, the internal space may be partitioned into a plurality of spaces by partition plates, and the water level stored in each space may be changed. In this case, since resonance occurs in each partition space, it becomes possible to radiate sound waves having a plurality of frequencies.

2 音響発生装置
3 曳航体
11 渦発生部
12 共振部
13 連結部
14 カルマン渦
2 Sound generator 3 Towing body 11 Vortex generator 12 Resonant unit 13 Connection unit 14 Karman vortex

Claims (6)

曳航体に曳航されて音波を放射する音響発生装置であって、
カルマン渦を発生する渦発生部と、
前記カルマン渦による振動に共振して、音波を放射する共振部と、
前記渦発生部を前記曳航体に固着する連結部と、を備えることを特徴とする音響発生装置。
A sound generator that is towed by a towed body and emits sound waves,
A vortex generator that generates Karman vortices;
Resonating with vibrations due to the Karman vortex and emitting sound waves;
A sound generating device comprising: a connecting portion that fixes the vortex generating portion to the towing body.
請求項1に記載の音響発生装置であって、
前記渦発生部と前記共振部との少なくとも一方が、複数設けられていることを特徴とする音響発生装置。
The sound generator according to claim 1,
An acoustic generator comprising a plurality of at least one of the vortex generator and the resonance unit.
請求項1又は2に記載の音響発生装置であって、
前記共振部は、中空体であることを特徴とする音響発生装置。
The sound generator according to claim 1 or 2,
The acoustic generator according to claim 1, wherein the resonance part is a hollow body.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の音響発生装置であって、
前記共振部に水が貯留でき、かつ、その水位が調整可能に設けられていることを特徴とする音響発生装置。
The sound generator according to any one of claims 1 to 3,
An acoustic generator according to claim 1, wherein water can be stored in the resonating portion and the water level can be adjusted.
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の音響発生装置であって、
前記渦発生部が、円柱体又は楕円体の水平断面形状を持つことを特徴とする音響発生装置。
The sound generator according to any one of claims 1 to 4,
The sound generator according to claim 1, wherein the vortex generator has a cylindrical or ellipsoidal horizontal cross-sectional shape.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の音響発生装置であって、
前記共振部の先端が流線形に形成されていることを特徴とする音響発生装置。
The sound generator according to any one of claims 1 to 5,
The acoustic generator is characterized in that the tip of the resonance part is formed in a streamlined manner.
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